Задача, которая возникла перед разработчиками «Луны-3», была далеко не тривиальной. Фотоаппаратура станции делала традиционные снимки на плёнку, а встроенная фотолаборатория обрабатывала эту плёнку. Но как доставить кадры на Землю? Не выстреливать же в безвоздушное пространство контейнер с фотокассетой!

Так родилась идея фототелевизионного передатчика, ключевым компонентом которого была электронно-лучевая трубка. Как и в случае запоминающих трубок Вильямса-Килберна, ЭЛТ в «Луне-3» применялась нестандартно. А именно как источник яркого точечного излучения — так называемого бегущего светового пятна.

Идея преобразования картинки на плёнке в электрические сигналы была проста и элегантна. Фактически она предвосхищала идею современных сканеров. Роль сканирующей поверхности в установке «Луны-3» выполняла электронно-лучевая трубка с повышенной яркостью свечения люминофора. Луч электронов формировал на его поверхности световое пятно, которое двигалось в соответствии с принципом строчной развёртки телеприёмников.

Бегущее по поверхности ЭЛТ световое пятно прочерчивало строку за строкой. При этом его свет фокусировался объективом на отснятый фотокадр. Попав на незасвеченную (прозрачную) поверхность кадра, свет пятна беспрепятственно попадал на фотодетектор. Засвеченные же участки свет не пропускали, что также фиксировалось фотодетектором. Таким образом, фотодетектор строка за строкой формировал электрические сигналы, соответствующие светлым и тёмным участкам кадра. Далее эти сигналы усиливались и передавались на Землю.

Приёмная станция фотоустановки, размещённая на Земле, работала синхронно и синфазно с передатчиком, в обратной последовательности формируя на экране ЭЛТ передаваемое изображение обратной стороны Луны.